环科院滕飞教授团队在Nature子刊《Scientific Reports》杂志发表最新研究成果
点击数:412       更新日期:2015-06-09

 

    近日,我校环境科学与工程学院滕飞教授团队在Nature子刊《Scientific Reports》发表题为“An Innovative Anion Regulation Strategyfor Energy Bands of Semiconductors: A Case from Bi2O3 to Bi2O(OH)2SO4.”的论文(Sci. Rep. 5, 7770; DOI: 10.1038/srep07770 (2015).)。该项研究首次报道了新型光催化剂Bi2O(OH)2SO4的理化性质,利用局部态密度(PDOS)理论计算探究其与氧化铋带隙之间的本质联系,并以此为对象对具有一般意义的带隙调控策略进行了探索。


  半导体光催化作为一种新兴技术,有望以物理化学的方法直接处理污染物,以及以丰富的水为原料再产生氢气,进而缓解我国的环境与能源压力。对光能的捕获与转化是光催化的第一步,而带隙宽度则是影响半导体光吸收的关键因素。目前在世界范围内得到最广泛关注的光催化材料是TiO2,而众多研究者仍在攻克其近紫外响应的瓶颈。因而,如何实现材料的带隙可控仍是一大挑战。研究以在二元窄带隙氧化物中加入p区非金属元素这一光催化剂合成策略(Nat. Mat. 2010, 9, 559)为指导合成了Bi2O(OH)2SO4,并较全面的表征了其理化性质。紫外可见漫反射测试中,该材料极宽的带隙(4.18 eV)引起了研究者的注意。进一步的局部态密度(PDOS)分析发现,与Bi2O3相比较,其宽带隙极很大程度上归因于S元素的引入。为深入理解硫酸根基团在改变电子能带结构中的作用,研究进一步比较分析了有类似层状结构的四种典型Bi基含氧酸化合物。结果发现,Bi盐的带隙与价带位置值均与其阴离子中心原子的最外层电子数呈正相关关系,即阴离子的种类似乎是评估半导体的内在能带结构和氧化能力的一个关键性因素,而非偶然性因素。这一结果对于探索非金属含氧酸盐的带隙调控有一定启示。对于发展不同氧化能力的催化剂以满足各种应用的带隙工程等相关研究也提供了一种新的思路。该项研究工作得到江苏省优势学科、江苏省大气环境与装备技术协同创新中心、AEMPC重点实验室、江苏省环境净化材料工程技术研究中心 和江苏省大气污染联合控制实验室 的资助。


  该论文的第一作者为环科院2011级应用化学本科生田浩,通讯作者为滕飞教授。滕飞教授团队主要开展环境与能源新材料方面的研究工作,已在《Scientific Reports》、《Environ Sci Technol》、《Journal of Molecular Catalysis:A》、《Appl Catal B-Environ》、《ChemCatChem》、《Chem Commun》等国际一流期刊发表SCI论文76篇,申请国家发明专利27项。培养人才成效显著,指导本科生学生荣获江苏省大学生创新项目省级重点项目多项,多名优秀本科生成功获得国外顶级高校的硕博offer,如2010级李敏同学同时获得牛津大学、剑桥大学、帝国理工大学、爱丁堡大学四所大学提供的offer。